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12.06.1987 - 

Unterschiede zeigen sich erst auf den zweiten Blick:

Das Konzept bestimmt den Gebrauchswert

*Stephan Speth ist Mitarbeiter der PCS GmbH, München.

Beim Blick auf Anzeigen in Fachzeitschriften und beim Besuch von Fachmessen gewinnt der DV-Interessierte leicht den Eindruck, der Markt werde von Workstations geradezu überrollt. Da die Preise für Workstations oft um Zehner-Potenzen schwanken, gibt es offensichtlich verschiedene Meinungen, was eine Workstation sei. Der folgende Artikel zeigt die Unterschiede diverser Workstation-Konzepte auf.

Fragen Sie heute einen Computerhersteller, der sich als technologisch führend betrachtet, ob er eine Workstation anbieten könne, werden Sie sicher ein "ja" als Antwort erhalten. Stellen Sie diese Frage an 10 oder 20 Firmen, so werden Sie verwundert feststellen, daß Sie zwischen Workstations in der Preisklasse von unter 10 000 bis über 100 000 Mark wählen können. Dieser Preisunterschied erstaunt um so mehr, als auf den ersten Blick die Workstations mit sehr ähnlichen technischen Daten ausgestattet sind: 32-Bit-CPU. 1 bis 4 M-Byte Speicher, hochauflösende Grafik, vernetzbar. Man muß also die einzelnen Maschinen genauer betrachten, um die Unterschiede feststellen zu können.

Es gibt heute vier verschiedene Arten von Workstations (oder Arbeitsplatz-Rechner, wie der deutsche Name viel treffender lautet):

- PC-basierende Workstations, die im Prinzip nichts anderes sind als PCs mit einer höheren Grafik-Auflösung und einer 16/32-Bit-CPU. Diese Workstations sind über ein PC-Netz miteinander vernetzbar; in vielen Fällen ist ein spezieller PC im Netz mit einer etwas größeren Platte ausgestattet und wird als Platten-Server deklariert.

- Intelligente Grafik-Terminals mit einer 16/32-Bit-CPU und einem Arbeitsspeicher, in den Programme geladen werden können. Diese Terminals sind entweder in ein herstellereigenes Netz eingebunden oder sie sind über eine Standard-Schnittstelle an beliebige Hosts anschließbar.

- Single-Board-Workstations, die äußerlich wie PCs aussehen, aber größere Monitore und eine höhere Rechenleistung aufweisen. Die Elektronik ist auf einer einzigen, großen Baugruppe untergebracht.

- Computational Nodes sind im Gegensatz zu Single-Board-Workstations aus mehreren einzelnen Baugruppen aufgebaut, die in einem Logikrahmen stecken. So lassen sie sich leicht um zusätzliche Baugruppen erweitern.

5M genügen nicht mehr als Kriterium für Workstations

Bei dieser Auswahl an sehr unterschiedlichen Workstation-Konzepten ist natürlich die Frage angebracht, ob man überhaupt in allen Fällen von Workstation sprechen darf, oder ob es sich nicht in einigen Fällen nur um eine spezielle Marketing-Verpackung eines herkömmlichen Produktes handelt.

Sucht man nach einer Definition der Workstation, stößt man auf den Begriff der 5M-Maschine, der vor einigen Jahren in den USA geprägt wurde. Die fünf M stellen die Mindestanforderungen an eine Workstation dar: 1 Million Befehle pro Sekunde Rechenleistung (Mips), 1 MByte Arbeitsspeicher, 1 Million Bildpunkte auf dem Grafik-Bildschirm, 1 MBit/s Datenübertragungsrate auf dem lokalen Netz und Mehrfenster-Technik (Multi-Windowing/Multitasking). Diese Forderungen stellten sicher vor wenigen Jahren noch für viele Systeme eine unüberwindbare Hürde dar, sie sind aber inzwischen sogar für manche Home-Computer teilweise erreichbar.

In den letzten ein bis zwei Jahren kamen noch einige andere Merkmale zu diesen Forderungen hinzu.

Als Betriebssystem hat sich speziell im Workstation-Markt Unix eindeutig durchgesetzt. Diesem Druck konnten sich nicht einmal die Marktführer IBM und DEC widersetzen, die - wenn auch zähneknirschend - Unix zumindest als alternatives Betriebssystem anbieten, obwohl es absolut nicht in ihre generelle Produktstrategie paßt.

Beim Netzwerk gibt es bei Workstations ebenfalls eine bevorzugte Variante, an die sich jeder ernsthafte Workstation-Anbieter anschließen kann: Ethernet, das mit einer Datentransferrate von 10 MBit/s arbeitet. Manche Workstations arbeiten im homogenen Netzverbund mit einem eigenen Netzwerk (zum Beispiel Token Ring}.

Die Anbindung an Ethernet erfolgt über einen Netzserver (Ethernet-Gateway), auf den alle Workstations zugreifen können. Workstations besitzen in der Regel einen sehr hochwertigen 17-Zoll- oder 19-Zoll-Monitor mit 60 bis 75 Hz Bildfrequenz, der ein ermüdungsfreies Arbeiten auch über eine längere Zeit hinweg gestattet. Dieses Produktmerkmal ist wichtig, da Workstations Ingenieure und Wissenschaftler einsetzen, die oft stundenlang vor dem Bildschirm sitzen.

Beurteilung von Hardware-Konzepten

Die PC-orientierten Workstations haben es speziell bei Anwendung der erweiterten Definition etwas schwer, als vollwertige Workstation zu gelten. Angefangen von der zu geringen Auflösung (1 Million Bildpunkte entsprechen einem Bildwiederholspeicher von 1024 x 1024 Punkten) über die geringe Rechenleistung bis hin zur Vernetzung kann man heute nur bedingt von Workstation reden.

Es zeichnen sich jedoch Tendenzen ab, daß dieses Bild schon in wenigen Jahren völlig anders aussehen kann. Sogar unterhalb der professionellen PC-Welt sind im Home-Computer-Bereich Produkte angekündigt, die mit echten 32-Bit-CPUs arbeiten, 4 MByte Speicher besitzen und inklusive Massenspeicher zu Preisen von unter 10 000 Mark erhältlich sein sollen. Bereits heute besitzen Home-Computer wie zum Beispiel der Atari 1040 viele Leistungsmerkmale, die vor zwei Jahren in 50 000-Mark-Systemen zu finden waren. Damit sind die besten Hardware-Voraussetzungen gegeben, mit der folgenden Produktgeneration ein äußerst interessanter Arbeitsplatzrechner zu werden. Es wird zwar auch weiterhin in der Rechenleistung deutliche Unterschiede zu professionellen Workstations geben. Homecomputer arbeiten mit einer geringeren Taktrate, ohne Cache-Speicher und mit einem langsameren Arbeitsspeicher. Die Kunden werden sich aber in vielen Fällen mit der geringeren Leistung zufriedengeben, wenn sie dafür weniger als die Hälfte des Preises einer professionellen Workstation zahlen müssen.

Die Workstations auf Basis eines intelligenten Grafik-Terminals unterscheiden sich von herkömmlichen dedizierten CAD-Terminals durch einen frei verfügbaren Speicherbereich von einigen hundert KByte, in den der Anwender spezifische Programme laden kann (nebenbei hat sich auch bei reinen CAD-Terminals teilweise der Begriff Workstation eingebürgert). Der Anschluß an einen zentralen Rechner erfolgt über serielle Schnittstellen mit bis zu 1MB/s. Im Unterschied zu den anderen Workstations sind diese Grafik-Terminals nicht mit einem Standard-Betriebssystem ausgestattet, sondern besitzen ein kleines Realzeit-Betriebssystem, das die Programmierung der Workstation unterstützt. In der Workstation werden auch keine allgemeinen Programme bearbeitet. Die Rechenleistung der CPU dient ausschließlich einer ganz speziellen Problemlösung. Die Erweiterung mit Arbeitsspeicher oder mit Massenspeichern ist nicht möglich. Daher ist bei diesem Typ die Bezeichnung "Workstation" sehr problematisch, auch wenn formal die 5M-Kriterien erfüllt sind.

Computational Nodes wachsen mit

Bei den Single-Board-Workstations handelt es sich um die "klassische" Workstation. Die ersten Produkte kamen aus den USA von Apollo und SUN und verbreiteten sich rasch im technisch-wissenschaftlichen Markt. Das Konzept war bestechend: Dezentralisierung und Auslagerung von Aufgaben in der Peripherie auf äußerst leistungsfähige Arbeitsplatzrechner (ein Mittelding zwischen Super-Terminal und Super-PC). Die Verbindung zum zentralen Rechner erfolgt über einen schnellen seriellen Bus, um die Verdrahtungskosten niedrigzuhalten. Damit die Preise für die einzelnen Workstations möglichst gering sind, wurden wie bei Terminals oder PCs alle Funktionseinheiten auf einer einzigen großen Baugruppe untergebracht: CPU, Arbeitsspeicher, Grafik-Controller, LAN-Anschluß und der Ein/Ausgabe-Teil.

Neben dem hochauflösenden Grafikmonitor sind zwei bis vier serielle Schnittstellen für den Anschluß von Drucker oder Plotter vorhanden. Die Workstations lassen sich beim Arbeitsspeicher erweitern. Der Anschluß von optionalen Massenspeichern erfolgt über eine Standard-Schnittstelle (SCSI). Eine Erweiterungsmöglichkeit für komplexere Datenkommunikations-Protokolle ist nicht gegeben, da ein leistungsstarkes E/A-Bussystem für Peripherie-Prozessoren fehlt. Im Einzelfall kann ein IBM-PC-Busanschluß vorhanden sein, der aber der Rechenleistung moderner 32-Bit-Prozessoren mit bis zu 4 Mips bei weitem nicht gerecht werden kann.

Die konsequente Weiterentwicklung der Singleboard-Workstation stellen die sogenannten Computational Nodes dar. Der Name deutet darauf hin, daß es sich hierbei um hochwertige Rechnersysteme handelt, die auch als Mehrplatzsysteme einsetzbar wären. Die Computational Nodes sind mit einem hochauflösenden Grafik-Arbeitsplatz ausgestattet und bieten alle Leistungsmerkmale der Singleboard-Workstations. Sie sind modular aufgebaut, das heißt der Prozessor, der Arbeitsspeicher oder die E/A-Schnittstellen sind auf einzelnen Baugruppen untergebracht, die über ein Speicherbus-System und einen E/A-Bus miteinander verbunden sind. Die Baugruppen stecken in einem Logikrahmen, der noch um leistungsfähige Zusatzbaugruppen erweiterbar ist. Diese Aufbautechnik ist anfangs natürlich aufwendiger und teurer als die Single-Board-Lösung. Computational Nodes bieten auf lange Sicht aber eine Reihe von Vorteilen, die den höheren Preis durchaus rechtfertigen.

Computational Nodes besitzen von allen Workstations tendenziell die höchste Rechenleistung. Durch die modulare Struktur liegt es nahe, nicht nur einen einzelnen Hauptprozessor für die Workstation einzusetzen, sondern möglichst alle Baugruppen im System mit einem 32-Bit-Prozessor auszustatten. Durch dieses Multiprozessor-Konzept steht die Rechenleistung des Haupt-Prozessors für die Bearbeitung der jeweiligen Applikation zur Verfügung, ohne das Grafik-Terminal oder die Ein-/Ausgabe-Interfaces bedienen zu müssen.

Bei einem großen Logikrahmen und einem entsprechend dimensionierten Netzteil läßt sich das System beliebig aufrüsten. Der Kunde kann selbst wählen, ob er in ein System zum Beispiel vier Speicherbaugruppen einsetzen will oder lieber mehrere Kommunikations-Prozessoren. Zudem können Computational Nodes oft mit mehreren Grafik-Arbeits-plätzen ausgestattet werden. Da der Grafikprozessor eine eigene CPU besitzt, belasten die zusätzlichen Grafik-Arbeitsplätze den Haupt-Prozessor nur unwesentlich. Der Anwender erspart sich andererseits die teuren Vernetzungskosten, die bei mehreren Single-Board-Workstations unumgänglich sind. Dieses Konzept wurde erstmals bei der Cadmus-9000-Serie von PCS realisiert, bei der bis zu vier grafische Arbeitsplätze pro Computational Node anschließbar sind. Jetzt bietet auch DEC eine Möglichkeit, zwei Arbeitsplätze an einen Computational Node auf Basis der Micro-VAX anzuschließen.

Auch die Aufrüstbarkeit von Computational Nodes ist im Vergleich zu allen anderen Workstation-Typen unübertreffbar. Da die Haupt-CPU eine unabhängige Baugruppe ist, besteht bei gut konzipierten Workstations die Möglichkeit, den Computational Node zu einem späteren Zeitpunkt durch einfachen Austausch des Hauptprozessors und unter Beibehaltung aller übrigen Systemkomponenten auf eine neue Prozessor-Generation hochzurüsten.

Computational Nodes können nicht nur mit 51/4 Zoll-Plattenlaufwerken erweitert werden, sondern auch mit den schnellen 8-Zoll- und 101/2-Zoll-Laufwerken. Hieraus resultiert ein zusätzlicher Leistungsvorteil vor den anderen Workstation-Konzepten. Ganz grob kann man sicher sagen, daß Computational Nodes im Vergleich zu den Single-Board-Workstations eine eineinhalb bis viermal höhere Leistung aufweisen. Entsprechend liegt auch der Preis um 25 bis 200 Prozent über den Single-Board-Workstations. Interessant ist natürlich ein Preisvergleich von Anbietern, die nahezu identische Modelle sowohl als Single-Board-Workstation als auch als Computational Node anbieten.